Gli ingegneri israeliani sviluppano impianti per aiutare le persone paralizzate a camminare di nuovo

Le persone con paralisi a lungo termine potrebbero riacquistare la capacità di camminare dopo che gli scienziati israeliani hanno progettato con successo il primo tessuto 3D del midollo spinale umano. I risultati sono stati pubblicati in un innovativo studio pubblicato lunedì mattina sulla rivista Advanced Science. Lo studio è stato condotto dai ricercatori del Sagol Center for Regenerative Biotechnology dell'Università di Tel Aviv, guidato dal Prof. Tal Dvir. È stato coadiuvato da ricercatori della Scuola di Biomedicina e Ricerca sul Cancro di Shmunis e dal Dipartimento di Ingegneria Biomedica della TAU. Il team del laboratorio di Dvir comprende lo studente di dottorato Lior Wertheim, il dottor Reuven Edri e il dottor Yona Goldshmit. Perché non siamo stati in grado di curare le lesioni del midollo spinale? La paralisi può verificarsi dopo una lesione del midollo spinale, che può riferirsi a danni subiti a qualsiasi parte del midollo spinale o ai nervi all'estremità del canale spinale. Queste lesioni possono causare cambiamenti permanenti nella forza, nella sensibilità e in altre funzioni corporee e, nei casi più gravi, possono portare a una paralisi a lungo termine, per la quale attualmente non esiste una cura. Nonostante molti tentativi precedenti siano stati fatti in tutto il mondo per promuovere la rigenerazione naturale o intervenuta nel sito della lesione, il successo è stato minimo. Molti metodi sperimentali o studiati esistenti si basano sul trapianto di diverse cellule o biomateriali nel sito della lesione. Tuttavia, due problemi mettono a rischio il successo del trattamento: la risposta immunitaria alle cellule trapiantate che ne causa il rigetto e l'impianto di cellule dissociate che non riescono a formare una rete funzionale. Pertanto, il team di ricerca ha ipotizzato che imitare lo sviluppo embrionale applicando uno specifico protocollo di differenziazione dei motoneuroni del midollo spinale in un ambiente dinamico 3D fornirebbe alle cellule segnali per un'adeguata formazione di tessuto rigenerativo, guarendo il sito e riducendo il rischio di rigetto. Inoltre, hanno teorizzato che l'assemblaggio di una rete di neuroni funzionale prima dell'impianto aumenterebbe le possibilità di attecchimento funzionale, in cui si integra bene nel corpo ospite. La procedura sviluppata dal gruppo di ricerca comporterebbe il prelievo di una piccola biopsia del tessuto adiposo dal paziente e la sua separazione nelle cellule e nel biomateriale extracellulare. Le cellule verrebbero quindi riprogrammate per diventare cellule staminali pluripotenti indotte dal paziente (iPSC), un tipo cellulare utilizzato nella medicina rigenerativa che può propagarsi indefinitamente e può essere utilizzato per sostituire le cellule perse a causa di danni o malattie. Nel frattempo, il biomateriale subisce un processo per trasformarlo in un idrogel personalizzato, in cui le cellule iPSC simili a embrioni vengono quindi incapsulate, consentendo loro di differenziarsi in una rete 3D del midollo spinale. Non solo il biomateriale trasformato in idrogel supporta le cellule, spiega lo studio, ma si adatta e si sviluppa costantemente, fornendo così un microambiente induttivo dinamico che consente l'assemblaggio e la maturazione di un impianto funzionale del midollo spinale. Dopo aver imitato con successo lo sviluppo del midollo spinale embrionale e l'ingegneria di impianti di tessuto funzionale, i ricercatori sono passati a testare il potenziale terapeutico della rete 3D del midollo spinale, scegliendo di utilizzare i topi come modello di test. I topi sono stati divisi in due gruppi: quelli che erano stati recentemente paralizzati (acuti) e quelli che erano rimasti paralizzati per almeno un anno in termini umani (cronici). I topi con paralisi acuta hanno riacquistato la capacità di camminare entro tre mesi dall'inserimento dell'impianto, mostrando guadagni significativi rispetto ai topi con paralisi acuta che non erano stati trattati.Sebbene i topi non trattati abbiano riguadagnato una funzione motoria parziale nel tempo, hanno mostrato una coordinazione peggiore e una capacità notevolmente ridotta di esercitare pressione sul piede ferito, tra gli altri problemi, rispetto a quelli che hanno subito l'impianto del midollo spinale cresciuto in laboratorio. Dopo il successo riscontrato nella fase acuta della lesione, il gruppo di ricerca è passato a testare la stessa teoria nei topi con paralisi cronica, un modello clinicamente più rilevante a causa dell'entità del danno permanente al midollo spinale ancora poco chiara durante la fase acuta. fase di paralisi. Sei settimane dopo l'impianto del midollo spinale artificiale nei topi con paralisi cronica, gli animali hanno mostrato un miglioramento significativo, indicando che l'impianto era stato integrato con successo nel corpo. Complessivamente, l'80% dei topi nel gruppo di test ha riacquistato la capacità di camminare. "Gli animali modello sono stati sottoposti a un rapido processo di riabilitazione, al termine del quale potevano camminare abbastanza bene", ha spiegato Dvir. "Questo è il primo caso al mondo in cui tessuti umani ingegnerizzati impiantati hanno generato il recupero in un modello animale per la paralisi cronica a lungo termine, che è il modello più rilevante per i trattamenti della paralisi negli esseri umani". A seguito del successo riscontrato nelle prove di laboratorio e dei risultati osservati nei topi dopo l'impianto, i ricercatori sperano di passare alle sperimentazioni cliniche sull'uomo entro i prossimi anni. Hanno già tenuto colloqui con la FDA per quanto riguarda il programma preclinico. "Dato che stiamo proponendo una tecnologia avanzata nella medicina rigenerativa e poiché al momento non ci sono alternative per i pazienti paralizzati, abbiamo buone ragioni per aspettarci un'approvazione relativamente rapida della nostra tecnologia", ha spiegato. Sulla base di questa rivoluzionaria tecnologia di ingegneria degli organi, Dvir ha collaborato con partner del settore per fondare Matricelf nel 2019. L'azienda applica il suo approccio nel loro lavoro con l'obiettivo di rendere disponibili in commercio i trattamenti implantari del midollo spinale. Sebbene lo studio si sia concentrato specificamente sul midollo spinale danneggiato, evidenzia Giovanni D'Agata, presidente dello “Sportello dei Diritti”, i ricercatori sperano che in futuro la stessa tecnologia possa essere applicata e utilizzata per trattare una varietà di malattie e lesioni diverse come il Parkinson, traumi cerebrali, infarto del miocardio e degenerazione maculare legata all'età, che stanno attualmente ricercando attraverso questa tecnologia. "Ci sono milioni di persone in tutto il mondo che sono paralizzate a causa di una lesione spinale e non esiste ancora un trattamento efficace per la loro condizione", ha detto Dvir. “Le persone ferite in tenera età sono destinate a stare su una sedia a rotelle per il resto della loro vita, sopportando tutti i costi sociali, finanziari e sanitari della paralisi”, ha affermato. “Il nostro obiettivo è produrre impianti personalizzati per il midollo spinale per ogni persona paralizzata, consentendo la rigenerazione del tessuto danneggiato senza rischio di rigetto”.